電流換能器的制造方法
【專利摘要】一種電流換能器(1)，包括環(huán)繞著被配置成容納初級導體的中央通道(16)的高導磁材料制成的磁芯(2)和磁場探測器(4)。所述磁芯(2)包括槽(10)，且所述磁場探測器包括被插入到所述槽(10)的感測部。所述槽(10)從徑向外側(cè)(12)到徑向內(nèi)側(cè)(14)延伸穿透所述磁芯，并被定向為使得至少部分磁芯(2)在所述中央通道周圍形成不間斷的閉環(huán)。
【專利說明】電流換能器

【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于電流感測應用的電流換能器，所述換能器包括磁芯和磁場探測器。

【背景技術】
[0004]測量電流的一種方法是測量由待測電流產(chǎn)生的磁場，由此電流傳感器包括圍繞導體以聚集磁場的高導磁材料制成的磁路。位于所述磁路的空隙中的磁場探測器測量所述磁場的強度，該磁場與待測電流相關聯(lián)。在閉環(huán)電流換能器中，磁場深測器的輸出在反饋回路中被連接到驅(qū)動補償線圈(也被稱作次級線圈)的補償回路，以取消來此初級導體的磁場。在所述補償線圈中的電流形成待測電流的圖像并可被用于產(chǎn)生測量信號輸出。
[0005]磁芯和磁場探測器裝置的一種非常常見的形式是提供橫向延伸穿過磁芯支路的空隙，磁場探測器放置在其中。這種有缺口的磁芯提供了高靈敏度，因為磁芯中的磁場聚集在空隙中并被磁揚探測器拾得。然而，這種設計的缺陷之一是外部磁場，例如由位于待測導體附近的導體中的交變電流產(chǎn)生的外部磁場，影響次級線圈中的電流，進而影響代表初級導體的測量信號。
[0006]可以通過提供磁屏蔽裝置減小外部磁場的影響，然而，這種測量措施很昂貴，需要空間，而且在某些應用中難以實施。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種準確且經(jīng)濟的閉環(huán)電流換能器，但對外部磁場，特別是變化的或交變的外部磁場具有高抗擾度。
[0009]本發(fā)明的目的是提供制造費用合算的電流換能器。
[0010]有利的是提供能夠測量大電流幅值范圍的電流換能器。
[0011]本發(fā)明的目的已經(jīng)通過提供根據(jù)權利要求1的電流換能器實現(xiàn)。
[0012]在此公開的是一種電流換能器，包括環(huán)繞著被配置成容納初級導體的中央通道的高導磁材料制成的磁芯和磁場探測器。所述磁芯包括槽，所述磁場探測器包括被插入到所述槽的感測部。槽從徑向外側(cè)到徑向內(nèi)側(cè)或在所述磁芯的軸端面之間延伸穿透所述磁芯，所述磁芯被定向為使得至少部分磁芯在所述中央通道周圍形成不間斷的閉環(huán)。
[0013]在第一實施例中，所述槽被定向為基本上垂直于所述中央通道定義的軸(A)。
[0014]在第二實施例中，所述槽被定向為基本上平行于所述中央通道定義的軸(A)。
[0015]在第一實施例中，槽被布置在完全在所述芯內(nèi)的兩個相對的軸端面之間，以使槽在所有側(cè)面被所述磁芯材料包圍。在有利的變體中，槽位于所述端面之間的中央，然而，在其他的變體中，槽可被從所述相對的軸端面之間的中間位置軸向偏移地放置。
[0016]在第二實施例中，槽從一個軸端面到相對的軸端面延伸穿過所述芯，所述槽被完全放置在所述芯的徑向外側(cè)和所述芯的徑向內(nèi)側(cè)之間的芯之內(nèi)，以使得所述槽在所有側(cè)面被所述磁芯材料包圍。
[0017]在有利的實施例中，磁場探測器感測部被從所述徑向內(nèi)側(cè)插入所述槽。為了連接信號處理電路，磁場探測器的終端可以有利地被布置為鄰近所述軸向內(nèi)側(cè)或指向軸向內(nèi)偵牝以使得所述磁芯的外徑側(cè)面沒有妨礙。
[0018]在有利的實施例中，槽具有基本上恒定的寬度(W)。
[0019]在有利的實施例中，槽具有大于5的平均長度L與平均寬度W的比率，縱度方向基本上平行于磁通密度矢量的方向。
[0020]在實施例中，磁芯具有圓形的閉環(huán)形狀。然而，可能是其他形狀，例如多邊形、正方形、矩形或圍繞初級導體延伸穿過的中央通道的其他閉合的不規(guī)則形狀。
[0021 ] 在一個實施例中,磁芯由高導磁材料的纏繞薄帶形成。
[0022]所述槽可以有利地被機械切削操作形成，特別是，磁芯在其中由材料制成的纏繞帶形成。
[0023]在變體中，磁芯可由燒結(jié)鐵氧體或其他導磁材料形成。
[0024]在變體中，磁芯可由兩個部分形成，槽被形成在所述兩部分之間的界面處。
[0025]在實施例中，電流換能器作為閉環(huán)換能器操作，并進一步包括纏繞磁芯的補償線圈。
[0026]在有利的實施例中，磁場探測器可以是磁通量閘門型。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]本發(fā)明的其他目的和有利的特征將在參考附圖時從本發(fā)明的權利要求書或?qū)嵤├拿枋鲎兊蔑@而易見，其中:
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電流換能器的部件的透視性局部截面示意圖，顯示了磁芯、磁場探測器，以及補償繞組；
[0030]圖2是圖1所示的實施例中的磁芯和放置其中的磁場探測器的透視示意圖；
[0031]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的磁芯的透視示意圖；
[0032]圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的磁芯的局部截面示意側(cè)視圖；以及
[0033]圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的磁芯的透視示意圖。

【具體實施方式】
[0035]關于附圖，特別是圖1和2，電流換能器I包括磁芯2，2’和磁場探測器4。磁場探測器4包括用于連接到信號處理電路的電氣終端6。
[0036]電流換能器包括補償線圈8，通常也被稱作“次級線圈”，其被連接到受來自磁場探測器的信號控制的反饋回路中的信號處理電路，這種閉環(huán)配置的作用原理本身為本領域所熟知。磁場探測器4可以包括ASIC形式的霍爾效應傳感器，正如本領域所熟知的那樣，或者可以包括其他磁場探測器，例如磁通量閘門探測器或基于巨磁阻(GMR)的磁場傳感器。
[0037]在變體中，電流換能器可以包括開環(huán)配置，其中磁場探測器的信號被用于產(chǎn)生測量信號，此情況下不需提供補償線圈。
[0038]磁芯2，2’包括封閉配置，換句話說，不存在完全通過磁芯回路的空隙，該配置允許流入磁芯的至少部分磁通在不通過空隙的情況下在磁芯中流動。這種全封閉磁芯回路配置提供了對外部磁場，尤其是變化的或者交變的場的高抗擾度。這種高抗擾度是取銷對稱分布在磁芯周圍的外部場的影響的結(jié)果。
[0039]在圖1到4中被示意性地說明的實施例中，磁芯2包括從徑向外側(cè)12到徑向內(nèi)側(cè)14延伸穿透磁芯的槽10，其中徑向內(nèi)側(cè)定義了圍繞中央通道16的磁芯的內(nèi)輪廓，在其中流過待測電流的初級導體被插入其中。槽10包括相對的第一和第二主要面10a，1b以及被放置在磁芯的相對軸側(cè)面18，20之間的相對的次要面10c，1cL槽的主要面10a，1b和次要面10c，1d形成圍繞槽的封閉周界。槽10被定向為垂直于或基本垂直于通過中央通道16延伸的軸A，槽被配置成其不橫向穿過磁芯，從而確保磁芯具有完全封閉的配置。槽10可以具有基本恒定的寬度，而且被放置在磁芯的相對軸側(cè)面18，20之間的基本中間。被主要面10a，1b之間的距離定義的槽的寬度W被配置成足夠?qū)挘允勾艌鎏綔y器的感測部能夠插入其中，從而寬度W的尺寸取決于要被插入到槽的磁場探測器的類型。在優(yōu)選的實施例中，槽有利地具有恒定寬度，以使其可被加工操作，例如借由從徑向外側(cè)向徑向內(nèi)側(cè)切過磁芯的旋轉(zhuǎn)切削刀片，容易地制造。
[0040]在圖1到4中被示意性地說明的實施例中，槽10從徑向外側(cè)12延伸穿透到徑向內(nèi)側(cè)14，這有利地使得磁場探測器能夠抵靠磁芯的徑向內(nèi)側(cè)被安裝，其感測部被插入槽10中，為磁芯上的徑向外側(cè)12留下空間。后一種配置有利地為磁芯上的搬運、加工和組裝操作，例如，對于圍繞磁芯的補償線圈8的纏繞操作，提供了便利。引導、握持和定位工具能夠嚙合所述磁芯的徑向外側(cè)12，不受抵靠徑向內(nèi)側(cè)14被定位的磁場傳感器的阻礙。
[0041]磁芯可以有利地由形成纏繞環(huán)形芯的高導磁材料的纏繞薄帶或條形成。用本領域本身熟知的纏繞環(huán)形磁芯制造是劃算的并提供相對渦電流而言良好的性能。在本發(fā)明的實施例中，槽可以通過在纏繞操作之后加工纏繞環(huán)形芯而被有利地形成。
[0042]圖1到3中說明的實施例的槽可以有利地被切削刀加工，例如，在基本上切向的方向T或者在基本上垂直的方向P或者在彎曲的方向C上具有(彈道)軌跡的圓形切削刀，通過這樣的切削深度使得切削工具完全切過芯以形成可從磁芯的徑向內(nèi)側(cè)14可進入的槽10。
[0043]在本發(fā)明的范圍內(nèi)，磁芯還能夠由其他材料或以其他方式形成，例如，由被燒結(jié)并直接形成有槽的鐵氧體材料。在變體中，槽可以具有不恒定的寬度W(未示出)并具有各種形狀。在變體中，從徑向外側(cè)到徑向內(nèi)側(cè)的開口還可以借由冼削刀具代替葉片式刀具形成。在變體中開口可以包括圓形或者橢圓形。
[0044]在圖4中被示意性地描述的本發(fā)明的變體中，磁芯可由兩個沿著關于軸向A被橫向地定向的界面表面22組裝在一起的環(huán)形芯部2a，2b制成，以形成芯。槽10可于芯部組裝之前被加工或以其他的方式形成在所述界面表面。
[0045]參考圖5，在另一個實施例中，用于在其中容納磁場探測器的磁芯2的槽10’從一個軸側(cè)面18到磁芯的相對軸側(cè)面20延伸穿透磁芯。在此實施例中，槽10’因而被定向為平行于或基本平行于延伸通過中央通道16的軸A，所述槽被配置成其不橫向地切過磁芯，因而確保了磁芯具有完全封閉的配置。槽10’包括相對的第一和第二主要面10a’，10b’以及被放置在磁芯的相對軸側(cè)面18，20之間的相對的次要面10c’，10d’。槽的主要面10a’，10b’和次要面10c’，10d’形成圍繞所述槽的封閉周界。槽10’可以被放置在磁芯的徑向內(nèi)和外表面12，14之間的基本中間。槽的寬度W，即，主要表面10a’，10b’之間的距離，被配置成寬到足以在其中插入磁場探測器的感測部，因此寬度W的大小取決于要被插入到槽10’的磁場探測器的類型。
[0046]槽10’的配置有利地使磁場探測器能夠被安裝成連接端子朝向磁芯的徑向內(nèi)側(cè)，其感測部被插入到槽10’中，為磁芯上的徑向外側(cè)12留下空間。后一種配置有利地為磁芯上的搬運、加工和組裝操作，例如，對于圍繞磁芯的補償線圈8的纏繞操作，提供了便利。引導、握持和定位工具能夠嚙合所述磁芯的徑向外側(cè)12，不受抵靠徑向內(nèi)側(cè)14被定位的磁場傳感器的阻礙。
[0047]在本實施例中，磁芯2’可有利地由形成纏繞環(huán)形芯的高導磁材料的纏繞薄帶或條形成，借以在纏繞操作期間，插入物或其他隔離設備在纏繞操作期間的兩個纏繞層之間產(chǎn)生空隙以形成槽10’。隔離設備可以是纏繞機械的一部分，或者是被合并到磁芯內(nèi)的插入物(例如，塑料隔離插入塊)形式。
[0048]磁芯2’還可以由其他材料或者以其他方式形成，例如，由被燒結(jié)并直接形成有槽的鐵氧體材料，且槽10’還能通過材料移除加工被形成，例如使用銑削刀具。
[0049]在圖5中被示意性地描述的實施例的變體中，磁芯2’可由兩個沿著基本平行于軸向A定向的界面表面22’組裝在一起的同軸布置的環(huán)形芯部2a’，2b’制成，以形成芯，槽10’被形成于兩個芯部2a’，2b’之間。
[0050]電流換能器I可進一步包括磁芯2和補償線圈8之間的界面24(見圖1)內(nèi)的隔離層(未示出)，以及被安裝在由次級線圈、磁芯和磁場探測器形成的組件周圍的殼體(未示出)。
[0051]槽2，2’優(yōu)選地具有在次要面10c，10d，10c’，10d’之間的平均距離(長度)L和主要面10a, 10b, 1aMOb?之間的平均距離(寬度)W之間的大于5的比率:
[0052]L/W > 5
[0053]優(yōu)選地，由主要面10a，10b，10a’，10b’的方向定義的槽的方向基本平行于磁通密度矢量的方向，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，槽的方向可能以任何角度，例如以相對于主軸A的45°角，傾斜。
【權利要求】
1.一種電流換能器(I)，包括環(huán)繞著被配置成容納初級導體的中央通道(16)的高導磁材料制成的磁芯(2，2’ )和磁場探測器(4)，所述磁芯(2，2’ )包括槽(10，10’)，所述磁場探測器包括被插入到所述槽(10，10’ )的感測部，其中所述槽(10)由相對的第一和第二主要面(10a, 1b ；10aM0b>)和次要面(10c，1d ;10c’，10d’)形成且被放置在所述磁芯內(nèi)，所述槽從所述芯的徑向外側(cè)(12)到徑向內(nèi)側(cè)(14)或者從所述芯的第一軸側(cè)面(18)到相對的第二軸側(cè)面(20)完全延伸穿透所述磁芯，所述槽被定向為使得至少一部分磁芯(2)在所述中央通道周圍形成不間斷的閉環(huán)。
2.根據(jù)權利要求1的電流換能器，其中所述槽(10)從徑向外側(cè)(12)到徑向內(nèi)側(cè)(14)延伸穿過所述芯(2)，并位于所述芯的兩個相對的軸側(cè)面(18，20)之間。
3.根據(jù)權利要求2的電流換能器，其中所述中央通道定義了延伸穿過所述中央通道的軸(A)，所述槽(10)的第一和第二主要面(10a，1b)被定向為基本垂直于所述軸(A)。
4.根據(jù)權利要求2或3的電流換能器，其中所述槽被布置在所述軸側(cè)面之間的中間。
5.根據(jù)權利要求1的電流換能器，其中所述槽(10’)從所述芯的第一軸側(cè)面到所述芯的相對的第二軸側(cè)面延伸穿過所述芯(2’)，并位于徑向外側(cè)(12)和徑向內(nèi)側(cè)(14)之間。
6.根據(jù)權利要求5的電流換能器，其中所述中央通道定義了延伸穿過所述中央通道的軸(A)，所述槽(10’)的第一和第二主要面(10a’，10b’)被定向為基本平行于所述軸(A)。
7.根據(jù)上述任一項權利要求的電流換能器，其中所述槽的主要面(10a，10b;10a’，10b，)和次要面(10c，10d ;10c’，10d’)形成封閉周界。
8.根據(jù)上述任一項權利要求的電流換能器，其中磁場探測器感測部被從所述徑向內(nèi)側(cè)插入所述槽，所述磁場探測器包括鄰近所述徑向內(nèi)側(cè)布置的連接端子(6)。
9.根據(jù)上述任一項權利要求的電流換能器，其中所述槽具有恒定寬度(W)。
10.根據(jù)上述任一項權利要求的電流換能器，其中所述磁芯具有圓形的閉環(huán)形狀。
11.根據(jù)上述任一項權利要求的電流換能器，其中所述磁芯由高導磁材料的纏繞薄帶形成。
12.根據(jù)上述任一項權利要求的電流換能器，其中所述槽由機械切削操作形成。
13.根據(jù)權利要求1-10中任一項的電流換能器，其中所述磁芯由鐵氧體形成。
14.根據(jù)上述任一項權利要求的電流換能器，其中所述磁芯由兩部分(2a，2b;2a’，2b’ )形成，且所述槽(10，10’ )被形成在所述兩部分之間的界面(22，22’ )處。
15.根據(jù)上述任一項權利要求的電流換能器，其中所述槽(10，10’)具有次要面(10c，10d，10c’，10d’ )之間的平均距離L與主要面(10a，10b，10a’，10b’ )之間的平均距離W的大于5的比率L/W。
16.根據(jù)上述任一項權利要求的電流換能器，進一步包括纏繞所述磁芯(2)的補償線圈⑶。
17.根據(jù)上述任一項權利要求的電流換能器，其中所述磁場探測器是磁通量閘門型。
【文檔編號】G01R33/04GK104412114SQ201380032801
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年6月24日 優(yōu)先權日:2012年6月28日
【發(fā)明者】B·馬科茲, D·阿左尼, D·斯切拉夫莉, W·泰帕 申請人:萊姆知識產(chǎn)權股份有限公司